(57)【要約】  本発明は、半導体層にカーボンナノ材料を用いたとしても、ヒステリシスの増大を抑制すると共に、半導体層と絶縁層の接着性を維持し、フレキシブル性を確保することができる電界効果型トランジスタ及びその製造方法を提供する。電界効果型トランジスタは、カーボンナノ材料を含有する半導体層と、半導体層に接して形成された第１電極及び第２電極と、第１電極と第２電極との間に流れる電流を制御するための第３電極と、半導体層と第３電極との間に形成された絶縁層と、を備える。絶縁層は、炭素数１〜２０の炭素含有置換基を有する芳香族ポリアミドを含有する。
2011111736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノ材料を含有する半導体層と、
前記半導体層に接して形成された第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流を制御するための第３電極と、
前記半導体層と前記第３電極との間に形成された絶縁層と、を備え、
前記絶縁層は、化１に示す高分子化合物を含有し、
前記高分子化合物におけるＲ１〜Ｒ８のうち少なくとも１つは炭素数１〜２０の炭素含有置換基であり、残基は水素であることを特徴とする電界効果型トランジスタ。
（化１）
2011111736.tif 000006
【請求項２】
前記高分子化合物におけるＲ１〜Ｒ４のうち少なくとも１つは炭素数１〜２０の炭化水素基であり、
前記高分子化合物におけるＲ５〜Ｒ８のうち少なくとも１つは炭素数１〜２０の炭化水素基であり、
前記高分子化合物におけるＲ１〜Ｒ８の残基は水素であることを特徴とする請求項１に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項３】
前記高分子化合物の分子量は、１０，０００〜５０，０００であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項４】
前記第１電極及び前記第２電極は、前記絶縁層上に形成され、
前記半導体層は、少なくとも、前記絶縁層上の前記第１電極及と前記第２電極との間に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項５】
前記半導体層は前記絶縁層上に形成され、
前記第１電極及び前記第２電極は、前記半導体層上に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項６】
前記第１電極及び前記第２電極のうちの一方は、前記絶縁層上に形成され、
前記半導体層は、前記一方を覆うように前記絶縁層上に形成され、
前記第１電極及び前記第２電極のうちの他方は、前記半導体層上に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項７】
前記高分子化合物におけるＲ１〜Ｒ８のうち少なくとも１つは炭素数６〜８のアルキル基であり、
残基は水素であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項８】
第３電極を形成する工程と、
化２に示す高分子化合物を含有する絶縁層を形成する工程と、
第１電極及び第２電極を形成する工程と、
カーボンナノ材料を含有する半導体層を形成する工程と、を含み、
前記高分子化合物においてＲ１〜Ｒ８のうち少なくとも１つは、炭素数１〜２０の炭素含有置換基であり、残基は水素であることを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
（化２）
2011111736.tif 000007
【請求項９】
前記絶縁層を形成する工程において、前記高分子化合物の溶液を塗布して前記絶縁層を形成することを特徴とする請求項８に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記半導体層を形成する工程において、カーボンナノ材料の分散液を塗布して前記半導体層を形成することを特徴とする請求項８又は９に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願についての記載）
本発明は、日本国特許出願：特願２０１０−０５３２３２号（２０１０年３月１０日出願）の優先権主張に基づくものであり、同出願の全記載内容は引用をもって本書に組み込み記載されているものとする。【０００２】
本発明は、カーボンナノ材料を半導体層に含有する電界効果型トランジスタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、カーボンナノチューブ等のカーボンナノ材料を半導体層に用いた薄膜トランジスタが開発されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。【０００４】
カーボンナノチューブは、グラフェンシートを円筒状に丸めた構造を有しており、一般的には、ストローもしくは麦わら状の構造を有している。カーボンナノチューブは単一のチューブからなるシングルウォールカーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ；Single-Walled Carbon NanoTube）、直径の異なる２本のチューブが積層した構造のダブルウォールカーボンナノチューブ（ＤＷＣＮＴ；Double-Walled Carbon NanoTube）、直径の異なる多数のチューブが積層した構造のマルチウォールカーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ；Multi-Walled Carbon NanoTube）に分類され、そのそれぞれの構造において特徴を活かした応用研究が進められている。例えば、ＳＷＣＮＴは、グラフェンシートの巻き方により半導体特性を有する構造が存在し、高い移動度が期待されることから、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Thin Film Transistor）への応用が期待され活発に研究が進められている（例えば、非特許文献１〜４参照）。非特許文献３の報告では、カーボンナノチューブを用いたＴＦＴがシリコンもしくはシリコン以上の性能を有することが示されている。また、ＤＷＣＮＴやＭＷＣＮＴの場合、高い電気伝導性を示すため、電極材料や配線材料、帯電防止膜、透明電極への応用が期待され研究が進められている。【０００５】
カーボンナノチューブもしくはカーボンナノチューブの混合物をチャネルの半導体材料として用いる場合、カーボンナノチューブを１本もしくは数本、あるいはカーボンナノチューブを多数本分散させてＴＦＴを製造することになる（例えば、特許文献３参照）。カーボンナノチューブを少数本用いる場合、一般的にカーボンナノチューブの長さが１μｍ程度もしくはそれ以下のものが多いため、ＴＦＴを作る際に微細加工が必要となり、ソース電極、ドレイン電極間いわゆるチャネル長をサブミクロンスケールで製造する必要がある。例えば、特許文献３に記載のカーボンナノチューブ半導体素子の作製方法においては、第１の電極を覆って形成された絶縁膜上の第２の電極および第３の電極の電極間に交流電圧を印加しながら、第２の電極上、第３の電極上、および第２の電極と第３の電極との間に存在する領域であって絶縁膜を介して第１の電極と重なる位置に導電体特性および半導体特性を有するカーボンナノチューブを含む溶液を滴下し、カーボンナノチューブを一定の配向方向に制御し、第２の電極および第３の電極の電極間に直流電圧を印加することにより導電体特性を有するカーボンナノチューブのみを除去し、第２の電極及び第３の電極間を半導体特性を有するカーボンナノチューブで接続する。第２の電極及び第３の電極間距離は５μｍ〜５０μｍとなっている。【０００６】
これに対して、カーボンナノチューブを多数本用いる場合、カーボンナノチューブのネットワークをチャネルとして利用するため、チャネル長を大きくすることが可能となり、簡便に製造することができるようになる（例えば非特許文献５参照）。カーボンナノチューブを多数本分散させて薄膜を形成させるためには、カーボンナノチューブの溶液や分散液を用いると容易に薄膜を形成させることができる（例えば非特許文献６〜９参照）。【０００７】
ＴＦＴにおいては、半導体層としてカーボンナノチューブの薄膜を、溶液又は分散液を用いた工程で樹脂基板に形成することにより、全体としてフレキシブル性を持たせることができる。また、塗布・印刷プロセスを適用すれば、製造コストを低く抑えることができる。【０００８】
さらに、カーボンナノチューブを含有する半導体層を用いたＴＦＴにおいては、その性能、特に電界効果移動度、を向上させることができ、カーボンナノチューブを含有しない有機ＴＦＴよりも高速で動作させることができ、応用できる電子デバイスの範囲を大きく拡張することができる。【０００９】
特許文献１に記載の電界効果型トランジスタは、ソース領域から注入されドレーン領域へ向かうキャリアが移動する半導体層を有し、半導体層が有機半導体材料とナノチューブとを含む複合材料で形成されている。【００１０】
特許文献２に記載の薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、ゲート電極形成工程で形成されたゲート電極を覆うように基板上にゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、ゲート絶縁層上に、ソース電極及びドレイン電極を形成するソース・ドレイン電極形成工程と、シングルウォールカーボンナノチューブと、界面活性剤とを少なくとも含む水溶液である半導体層形成用の水溶液を、ソース・ドレイン電極形成工程において形成されたソース電極とドレイン電極との間に塗布法により塗布し、シングルウォールカーボンナノチューブを含む半導体層を形成する半導体層形成工程と、を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００５／００８７８４号
【特許文献２】特開２００８−２３５８８０号公報
【特許文献３】特開２００４−７１６５４号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｓ．Ｊ．Ｔａｎｓら、「Room-temperature transistor based on a single carbon nanotube」、ＮＡＴＵＲＥ、３９３号、４９頁、１９９８年
【非特許文献２】Ｒ，Ｍａｒｔｅｌら、「Single- and multi-wall carbon nanotube field-effect transistors」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、７３巻、１７号、２４４７頁、１９９８年
【非特許文献３】Ｓ．Ｗｉｎｄら、「Vertical scaling of carbon nanotube field-effect transistors using top gate electrodes」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、８０巻、２０号、３８１７頁、２００２年
【非特許文献４】Ｋ．Ｘｉａｏら、「High-mobility thin-film transistors based on aligned carbon nanotubes」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、８３巻、１号、１５０頁、２００３年
【非特許文献５】Ｓ．Ｋｕｍａｒら、「Performance of carbon nanotube-dispersed thin-film transistors」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、８９巻、１４３５０１頁、２００６年
【非特許文献６】Ｎ．Ｓａｒａｎら、「Fabrication and Characterization of thin films of single-walled carbon nanotube bundles on flexible plastic substrates」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１２６巻、４４６２頁、２００４年
【非特許文献７】Ｚ．Ｗｕら、「Transparent, conductive carbon nanotube films」、ＳＣＩＥＮＣＥ、３０５号、１２７３頁、２００４年
【非特許文献８】Ｍ．Ｚｈａｎｇら、「Strong, transparent, multifunctional, carbon nanotube sheets」、ＳＣＩＥＮＣＥ、３０９号、１２１５頁、２００５年
【非特許文献９】Ｙ．Ｚｈｏｕら、「A method of printing carbon nanotube thin films」、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、８８巻、１２３１０９頁、２００６年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以下の分析は、本発明の観点から与えられる。【００１４】
カーボンナノ材料を用いた電界効果型トランジスタにおいては、ヒステリシスが大きく、そのまま電子デバイスとして利用することは非常に困難であるという問題がある。ヒステリシスが大きくなる要因の１つとして水分による影響が考えられる。水分は、製造時のみならず、製造後や使用時において絶縁層に取り込まれ、これによってヒステリシスが発現してしまう。例えば特許文献２に記載の薄膜トランジスタにおいては、ゲート絶縁層としてポリイミド樹脂が使用されている。ポリイミド樹脂は水分を吸収・透過しやすいので、カーボンナノ材料を用いた電界効果型トランジスタのヒステリシスを大きくしてしまう。一方、ゲート絶縁層として無機材料膜を使用すると、水分の吸収・透過を抑制することはできるが、フレキシブル素子を作製する場合には適用できない。樹脂膜と無機材料膜とを組み合わせれば水分の吸収・透過の抑制及びフレキシブル性の確保の両立を図ることはできるが、製造プロセスが複雑となり、コストも高くなるため実用的ではない。【００１５】
また、カーボンナノチューブと絶縁体層との密着性にも問題があり、特に絶縁体層としてプラスチック基板等のフレキシブルな基板を用いた場合に、折り曲げ時にカーボンナノチューブを含有する薄膜と絶縁体層との密着性が低下し、電気特性が劣化する問題がある。【００１６】
本発明の目的は、半導体層にカーボンナノ材料を用いたとしても、ヒステリシスの増大を抑制すると共に、半導体層と絶縁層の接着性を維持し、フレキシブル性を確保することができる電界効果型トランジスタ及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１視点によれば、カーボンナノ材料を含有する半導体層と、半導体層に接して形成された第１電極及び第２電極と、第１電極と第２電極との間に流れる電流を制御するための第３電極と、半導体層と第３電極との間に形成された絶縁層と、を備える電界効果型トランジスタが提供される。絶縁層は、化１に示す高分子化合物を含有する。高分子化合物におけるＲ１〜Ｒ８のうち少なくとも１つは、炭素数１〜２０の炭素含有置換基である。残基は水素である。【００１８】
本発明の第２視点によれば、第３電極を形成する工程と、化１に示す高分子化合物を含有する絶縁層を形成する工程と、第１電極及び第２電極を形成する工程と、カーボンナノ材料を含有する半導体層を形成する工程と、を含む電界効果型トランジスタの製造方法が提供される。高分子化合物においてＲ１〜Ｒ８のうち少なくとも１つは、炭素数１〜２０の炭素含有置換基である。残基は水素である。【００１９】
（化１）
2011111736.tif 000003
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、以下の効果のうち少なくとも１つを有する。【００２１】
本発明によれば、カーボンナノ材料を半導体層に用いた電界効果型トランジスタにおいて、ヒステリシスを抑制することができる。また、本発明によれば、半導体層と絶縁層の接着性を維持して、電界効果型トランジスタのフレキシブル性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電界効果型トランジスタの概略断面図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る電界効果型トランジスタの概略断面図。
【図３】本発明の第３実施形態に係る電界効果型トランジスタの概略断面図。
【図４】実施例におけるヒステリシスを説明するための概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
上記第１視点及び第２視点の好ましい形態を以下に記載する。
【００２４】
上記第１視点の好ましい形態によれば、高分子化合物におけるＲ１〜Ｒ４のうち少なくとも１つは炭素数１〜２０の炭化水素基である。高分子化合物におけるＲ５〜Ｒ８のうち少なくとも１つは炭素数１〜２０の炭化水素基である。高分子化合物におけるＲ１〜Ｒ８の残基は水素である。
【００２５】
上記第１視点の好ましい形態によれば、高分子化合物の分子量は、１０，０００〜５０，０００である。
【００２６】
上記第１視点の好ましい形態によれば、第１電極及び第２電極は、絶縁層上に形成されている。半導体層は、少なくとも、絶縁層上の第１電極及と第２電極との間に形成されている。
【００２７】
上記第１視点の好ましい形態によれば、半導体層は絶縁層上に形成されている。第１電極及び第２電極は、半導体層上に形成されている。
【００２８】
上記第１視点の好ましい形態によれば、第１電極及び第２電極のうちの一方は、絶縁層上に形成されている。半導体層は、当該一方を覆うように絶縁層上に形成されている。第１電極及び第２電極のうちの他方は、半導体層上に形成されている。
【００２９】
上記第１視点の好ましい形態によれば、高分子化合物におけるＲ１〜Ｒ８のうち少なくとも１つは炭素数６〜８のアルキル基である。残基は水素である。
【００３０】
上記第２視点の好ましい形態によれば、絶縁層を形成する工程において、高分子化合物の溶液を塗布して絶縁層を形成する。
【００３１】
上記第２視点の好ましい形態によれば、半導体層を形成する工程において、カーボンナノ材料の分散液を塗布して半導体層を形成する。
【００３２】
本発明の第１実施形態に係る電界効果型トランジスタ及びその製造方法について説明する。図１に、本発明の第１実施形態に係る電界効果型トランジスタの概略断面図を示す。図１に示す電界効果型トランジスタは、薄膜トランジスタである。
【００３３】
電界効果型トランジスタ１０は、基板１１と、基板１１上に形成された第３電極１２と、第３電極１２上に形成された絶縁層１３と、絶縁層１３上に形成された第１電極１５及び第２電極１６と、第１電極１５及び第２電極１６を覆うように絶縁層１３上に形成された半導体層１４と、を備える。第１電極１５及び第２電極１６は、ソース電極及びドレイン電極として機能する。第３電極１２は、ゲート電極として機能する。すなわち、第１電極１５と第２電極１６の間に流れる電流は、第３電極１２への電圧印加によって制御される。
【００３４】
半導体層１４は、カーボンナノ材料を含有する。好ましくは、半導体層１４の９５質量％以上は、カーボンナノ材料である。カーボンナノ材料としては、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）を用いることができる。半導体特性を示せば、二層カーボンナノチューブ（ＤＷＣＮＴ）、多層カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）、カーボンナノホーンをカーボンナノ材料として用いることもできる。あるいは、複数のカーボンナノ材料の混合物であってもよい。単層カーボンナノチューブを使用する場合、その直径は、０．５ｎｍ〜２．０ｎｍであると好ましく、０．７ｎｍ〜１．２ｎｍであるとより好ましい。また、単層カーボンナノチューブの長さは、０．５μｍ〜１０μｍであると好ましく、０．７μｍ〜２．０μｍであるとより好ましい。
【００３５】
半導体層１４は、カーボンナノ材料（例えばカーボンナノチューブ）の単分子膜であってもよい。図１に示す形態の場合、半導体層１４が機能している部分は、絶縁層１３との界面付近である。以下に示す図２及び図３に示す形態の場合には、半導体層１４が厚くなりすぎると電荷注入できなくなるので、５００ｎｍ以下であると好ましい。
【００３６】
半導体層１４は、有機半導体材料をさらに含有してもよい。有機半導体材料を含有させることにより、半導体層１４の半導体特性を助長することができる。有機半導体材料としては、例えば、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）(Ｐ３ＨＴ；Poly(3-hexylthiophene))、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレニル−２，７−ジイル）ビチオフェン共重合体（Ｆ８Ｔ２；poly(9,9- dioctylfluorene-co-bithiophene)）等を使用することができる。この場合、カーボンナノ材料の含有率は、１質量％〜９０質量％であると好ましく、樹脂の結着性を損なわないと共に、カーボンナノ材料の高移動度性を発現させるためには２０質量％〜５０質量％であるとより好ましい。また、半導体層１４は、絶縁性樹脂をさらに含有してもよい。絶縁性樹脂は例えばバインダとして機能させることができる。半導体層１４は、有機半導体材料及び絶縁性樹脂を両方含有してもよい。
【００３７】
カーボンナノ材料の製造方法は特に限定されない。カーボンナノチューブの製造方法としては、例えば、ＣＶＤ法、レーザーアブレーション法等を使用することができる。
【００３８】
絶縁層１３は、以下の化１で示される芳香族ポリアミド（アラミド）化合物を含有する。好ましくは、絶縁層１３は、化１で示される高分子化合物で形成される。化１において、Ｒ１〜Ｒ８は、水素、又は炭素含有置換基である。
【００３９】
絶縁層１３に芳香族ポリアミド化合物を用いることにより、電界効果型トランジスタにおけるヒステリシスを抑制することができる。本発明における「ヒステリシス」とは、第１電極１５と第２電極１６間の電圧を一定にして第３電極の電圧を掃引したときに、電気特性中の中間ドレイン電流（最大ドレイン電流値と最小ドレイン電流値の間の電流）における往路時と復路時の第３電極の電圧の差をいう。
【００４０】
化１に示す高分子においては、アミド結合は一次構造同士の水素結合に使用されるので、高分子としては分極は小さく抑えられており、水分の吸収・透過は抑制されている。これにより、化１に示す高分子化合物の水分透過率はポリイミド樹脂に比べて半分以下であり、化１に示す高分子化合物を使用するとヒステリシスを大きく抑制することができる。
【００４１】
（化１）
2011111736.tif 000004
【００４２】
化１に示す高分子化合物において、Ｒ１〜Ｒ８は、水素又は炭素含有置換基である。炭素含有置換基を導入することにより、無置換のものよりも溶解性を高めると共に、半導体層への接着性を高めることができる。好ましくは、Ｒ１〜Ｒ８のうち、少なくとも１つの置換基は、炭素数１〜２０の炭素含有置換基である。より好ましくは、Ｒ１〜Ｒ４のうち少なくとも１つは炭素数１〜２０の炭素含有置換基であり、Ｒ５〜Ｒ８のうち少なくとも１つは炭素数１〜２０の炭素含有置換基である。炭素含有置換基の数が大きくなると立体障害が大きくなって、絶縁層１３の強度や絶縁性が低下するおそれがあるので、炭素含有置換基の数は、Ｒ１〜Ｒ４において１〜２、同様に、Ｒ５〜Ｒ８において１〜２であると好ましい。Ｒ１〜Ｒ８のうち複数の炭素含有置換基を導入する場合、複数の置換基は同じものであっても、異なるものであってもよい。炭素含有置換基の導入位置は特定する必要はない。また、当該高分子化合物は、炭素含有置換基の導入位置や導入数が異なる複数の化合物を含有する混合物であってもよい。
【００４３】
Ｒ１〜Ｒ８は、絶縁層１３と半導体層１４との接着性を高めるため、極性官能基を有しない置換基であると好ましく、炭化水素基、特にアルキル基、であるとより好ましい。半導体層１４中のカーボンナノ材料は、非極性の炭素−炭素結合を有するので、Ｒ１〜Ｒ８を非極性の置換基とすると、絶縁層１３と半導体層１４との接着性を高めることができる。半導体層１４と絶縁層１３との接着性を高めると、電界効果型トランジスタ１０の折り曲げ時における電子特性の劣化を抑制することができる。また、Ｒ１〜Ｒ８の少なくとも１つに炭化水素基を導入することにより、芳香族ポリアミドの強度や剛直性を維持したまま、溶媒への溶解性を高めることができるので、溶液の塗布や印刷によって絶縁層１３を形成することができる。例えば、化１に示す高分子化合物を溶媒に溶解して溶液を作成し、スクリーン印刷やインクジェット印刷によって絶縁層１３を形成することができるようになる。このような方法によって形成された絶縁層１３は、電気絶縁性に優れている。
【００４４】
Ｒ１〜Ｒ８における炭素数は、カーボンナノ材料を含有する半導体層１４との接着性（密着性）及び溶解性によって決定すると好ましい。炭素数が少なくなるにつれて、溶媒への溶解性が低下していくので、絶縁層１３の薄膜形成が困難となっていくと共に、半導体層１４への接着性も低下していく。したがって、Ｒ１〜Ｒ８の炭素数は１以上であると好ましい。一方、炭素数が多くなるにつれて、絶縁層１３における立体障害が大きくなっていくので、絶縁層１３の強度や絶縁性が低下していくことになるが、半導体層１４への接着性は高まり、折り曲げ特性は向上していくことになる。そこで、Ｒ１〜Ｒ８の炭素数は２０以下であると好ましい。より好ましくは、Ｒ１〜Ｒ８は、薄膜形成の容易性と接着性の観点から、炭素数６〜１０の炭化水素基であり、さらに好ましくは炭素数６〜８の炭化水素基である。
【００４５】
また、化１に示す高分子化合物の重合度ｎは、薄膜状の絶縁層１３を形成できるようにするための溶媒への溶解度が得られるように設定する。例えば、化１の高分子化合物の分子量は、１０，０００〜５０，０００であると好ましい。または、重合度ｎは、４０〜２００であると好ましい。分子量又は重合度が低すぎると、溶媒への溶解性が高くなりすぎる。この場合、絶縁層１３を形成した後の工程で溶媒に浸食されてしまう可能性がある。一方、分子量又は重合度が高すぎると、溶媒への溶解性が低くなりすぎ、絶縁層として形成することが困難となるおそれがある。
【００４６】
化１に示す高分子化合物の製造方法は特に限定されない。化１に示す高分子化合物は、例えば、Ｒ１〜Ｒ４の置換基を有する１，４−ベンゼンジカルボン酸とＲ５〜Ｒ８の置換基を有する１，４−ジアミノベンゼンとの重合反応により合成することができる。
【００４７】
絶縁層１３の厚さは、５０ｎｍ〜１μｍであると好ましい。５０ｎｍ未満である場合には、絶縁性が低下し、第３電極１２と第１電極１５及び第２電極１６との間にリーク電流が発生し、素子として機能しなくなるおそれがある。１μｍより厚い場合には、ゲート電圧が高くなりすぎてしまう。素子を数ボルトから数十ボルトで動作させる場合には、５００ｎｍ以下であると好ましく、１００ｎｍ〜３００ｎｍであるとより好ましい。
【００４８】
基板１１として用いることが可能な材料としては、電界効果型トランジスタを支持可能なものであれば特に限定されることはなく、例えば、ガラス、シリコン等の無機材料やアクリル系樹脂等の有機材料を用いることができる。また、他の方法によって電界効果型トランジスタを支持できるのであれば、基板を使用しなくてもよい。
【００４９】
半導体層１４の形成方法は、薄膜を均一に形成することができる方法であれば、ウェットプロセスとドライプロセスのいずれであってもよい。単層カーボンナノチューブの均一な薄膜を形成する場合には、ウェットプロセスを用いると好ましい。ウェットプロセスで半導体層１４を形成する場合、例えば、カーボンナノチューブを含有するインクを作製し、これを塗布又は印刷することによって半導体層１４を形成することができる。カーボンナノチューブのインクにおけるカーボンナノチューブの含有率は、粘稠度の観点から１％〜１０％以下であると好ましい。
【００５０】
第１電極１５、第２電極１６及び第３電極１２に用いることが可能な材料としては、酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ）、酸化錫（ＮＥＳＡ）、金、銀、白金、銅、インジウム、アルミニウム、マグネシウム、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、アルミニウム−リチウム合金、アルミニウム−スカンジウム−リチウム合金、マグネシウム−銀合金等の金属系導電体の他、導電性ポリマー等の有機材料系導電体が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００５１】
第１電極１５、第２電極１６及び第３電極１２は、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、エッチング法、リフトオフ等、通常の電極形成プロセスで作製することができる。また、導電性ポリマーのような有機材料で電極を形成する場合には、例えば、スピンコート法、ディップ法等の溶液プロセスも利用することができる。
【００５２】
第１実施形態に係る電界効果型トランジスタ１０は、例えば、以下の工程で作製することができる。まず、基板１１上に第３電極１２を形成する。次に、化１に示す高分子化合物を水又は有機溶媒に溶かして溶液を作製し、当該溶液を第３電極１２上に塗布又は印刷して、絶縁層１３の薄膜を形成する。次に、絶縁層１３上に、所定の間隔をあけて第１電極１５及び第２電極１６を形成する。次に、水又は有機溶媒にカーボンナノ材料を分散させた分散液を絶縁層１３、第１電極１５及び第２電極１６上に塗布して半導体層１４を形成する。
【００５３】
次に、本発明の第２実施形態に係る電界効果型トランジスタについて説明する。図２に、本発明の第２実施形態に係る電界効果型トランジスタの概略断面図を示す。図２に示す電界効果型トランジスタは、薄膜トランジスタである。なお、図２において、図１に示す要素と同じ要素には同じ符号を付してある。
【００５４】
第１実施形態に係る電界効果型トランジスタ１０においては、第１電極１５及び第２電極１６は、絶縁層１３上に形成され、半導体層１４で覆われていたが、第２実施形態に係る電界効果型トランジスタ２０においては、第１電極１５及び第２電極１６は、絶縁層１３上ではなく、半導体層１４上に形成されている。それ以外の形態は、第１実施形態と同様である。
【００５５】
次に、本発明の第３実施形態に係る電界効果型トランジスタについて説明する。図３に、本発明の第３実施形態に係る電界効果型トランジスタの概略断面図を示す。図３に示す電界効果型トランジスタは、薄膜トランジスタである。なお、図３において、図１に示す要素と同じ要素には同じ符号を付してある。
【００５６】
第３実施形態に係る電界効果型トランジスタ３０においては、第１電極１５及び第２電極１６のうち一方の電極（図３に示す形態においては第１電極１５）は絶縁層１３上に形成され、他方の電極（図３に示す形態においては第２電極１６）は半導体層１４上に形成されている。それ以外の形態は、第１実施形態と同様である。
【実施例】
【００５７】
［化１に示す高分子化合物の合成］
化１に示す高分子化合物を合成した。まず、２−ヘキシル−１，４−ベンゼンジカルボン酸２．５ｇをクロロホルム１００ｍｌに溶解し、室温で攪拌した。次に、塩化チオニル２．５ｇをクロロホルム２０ｍｌに溶解した溶液を３０分かけて、２−ヘキシル−１，４−ベンゼンジカルボン酸溶液に滴下し、そのまま１時間攪拌した。次に、２−ヘキシル−１，４−ジアミノベンゼン１．９ｇをクロロホルム５０ｍｌに溶解し、これを１時間かけて、２−ヘキシル−１，４−ベンゼンジカルボン酸溶液に滴下した。滴下終了後、さらに２時間かけて攪拌し、攪拌終了後、水を加えて、反応を終了させた。水酸化カリウム水溶液で、反応で生成した塩化水素を除去し、さらに水洗して、化１に示す高分子化合物を合成した。【００５８】
［電界効果型トランジスタの作製］
半導体層をカーボンナノチューブで形成したカーボンナノチューブ薄膜トランジスタを作製した。ここで説明するのは、図１に示す第１実施形態に係る電界効果型トランジスタである。まず、ポリイミド基板上に、クロミウムを真空蒸着法により１００ｎｍの膜厚で成膜して第３電極（ゲート電極）を形成した。次いで、第３電極上に、上述の方法で合成した高分子化合物をクロロホルムに１．５ｗｔ％溶解させた溶液を用いてスピンコート法（２０００ｒｐｍ、６０秒）によって３００ｎｍの膜厚に成膜し、絶縁層を形成した。次に、絶縁層上に、金属マスクを通して、マグネシウム−銀合金を１００ｎｍの膜厚でストライプ状に成膜して、第１電極及び第２電極（ソース電極及びドレイン電極）を形成した。次に、カーボンナノチューブ（ＣＮＩ社，ｐｕｒｉｆｉｅｄグレカード）をジクロロエタン中に５ｐｐｍ混合し、超音波装置で１時間処理し、単分散化させ、さらに超遠心分離装置で２０分処理し、金属などの不純物を取り除いたカーボンナノチューブインクを作製した。このカーボンナノチューブインクを絶縁層上に、スピンコート法（２０００ｒｐｍ、６０秒）により成膜して、カーボンナノチューブ薄膜トランジスタを作製した。【００５９】
［ヒステリシス特性の測定］
作製したカーボンナノチューブ薄膜トランジスタについてヒステリシスを測定した。図４に、ヒステリシスを説明するための概略図を示す。ヒステリシスは、ソース−ドレイン間に２Ｖの電圧をかけて、ゲート電極に−５０Ｖから＋５０Ｖまでの電圧（１Ｖステップ）を掃引（往路時）させ、その後逆に−５０Ｖまで掃引（復路時）させて電気特性を測定し、電気特性中の最大電流値と最小電流値の中間の電流時の往路時と復路時の電圧の差とした。【００６０】
同様にして、第１〜第３実施形態に係る各構造について、化１に高分子化合物の置換基を変化させてヒステリシスを測定した。各結果を以下の表１に実施例１〜１０として示す。また、比較例１として、化１に示す高分子化合物の代わりにポリイミド化合物（京セラケミカル製、ケミタイト）を用いたカーボンナノチューブ薄膜トランジスタを作製して、同様にヒステリシスを測定した。【００６１】
表１において構造「図１」とは図１に示す第１実施形態に係る電界効果型トランジスタ１０の構造を指し、構造「図２」とは図２に示す第２実施形態に係る電界効果型トランジスタ２０の構造を指し、構造「図３」とは図３に示す第３実施形態に係る電界効果型トランジスタ３０の構造を指す。また、「数」とは、表に示した「置換基」の数を示す。【００６２】
【表１】
2011111736.tif 000005
【００６３】
実施例１〜１０によれば、ヒステリシス値は１．０以下であったのに対し、比較例１では２．５であった。これより、本発明によれば、化１に示すアラミド化合物を絶縁層に用いることにより、ポリイミドを用いた薄膜トランジスタよりもヒステリシスを抑制できることが分かった。【００６４】
［フレキシブル耐性の測定］
実施例１に係る薄膜トランジスタと比較例１に係る薄膜トランジスタについて、フレキシブル耐性を比較した。試験方法は、各薄膜トランジスタを二つ折りにして、薄膜トランジスタに形成された曲面が形成する円弧が直径約１０ｍｍの円の円弧状とした後に復元させるという動作を１０００回繰り返す。この後、上述と同様にして電気特性を測定し、折り曲げ負荷前と折り曲げ負荷後の最大電流値を比較した。【００６５】
その結果、実施例１に係る薄膜トランジスタにおいては、折り曲げ負荷後の最大電流値は、折り曲げ負荷前の最大電流値の９８％であり、折り曲げ負荷による最大電流値の大きな減衰は見られなかった。一方、比較例１に係る薄膜トランジスタにおいては、折り曲げ負荷後の最大電流値は、折り曲げ負荷前の最大電流値の８０％であり、実施例１よりも大きく減衰していた。これより、本発明によれば、化１に示すアラミド化合物を絶縁層に用いることにより、ポリイミドを用いた薄膜トランジスタよりもフレキシブル耐性を向上させることができる。これは、半導体層と絶縁層の接着性の向上によるものと考えられる。【００６６】
本発明の電界効果型トランジスタ及びその製造方法は、上記実施形態に基づいて説明されているが、上記実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内において、かつ本発明の基本的技術思想に基づいて、上記実施形態に対し種々の変形、変更及び改良を含むことができることはいうまでもない。また、本発明の請求の範囲の枠内において、種々の開示要素の多様な組み合わせ・置換ないし選択が可能である。【００６７】
本発明のさらなる課題、目的及び展開形態は、請求の範囲を含む本発明の全開示事項からも明らかにされる。【００６８】
なお、上記の特許文献及び非特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、例えば、フレキシブル性を有する薄膜トランジスタを要する各電子機器に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１０，２０，３０          電界効果型トランジスタ
１１          基板
１２          第３電極
１３          絶縁層
１４          半導体層
１５          第１電極
１６          第２電極
【図１】
2011111736.tif 000008
【図２】
2011111736.tif 000009
【図３】
2011111736.tif 000010
【図４】
2011111736.tif 000011
【国際調査報告】
2011111736.tif 000012
2011111736.tif 000013